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在医疗干预中，准确的医疗记录至关重要，但传统记录方式存在诸多弊端。研究人员开展了 “On-patient medical record and mRNA therapeutics using intradermal microneedles” 的研究，开发出一种微针技术，能将医疗信息存储在患者皮肤中，并成功共递送 mRNA 疫苗，有助于提高医疗依从性和全球医疗公平性。
在现代医疗体系中，精准的医疗干预往往依赖于按时按量的药物治疗，这就使得准确的医疗记录成为关键环节。然而，现实却不尽如人意。在全球许多地方，医疗记录在护理点常常不可靠或无法获取。比如在一些偏远地区，由于缺乏完善的记录系统，患者的用药历史和疫苗接种情况难以准确追踪，这不仅导致治疗效果大打折扣，还可能延误疾病的预防和控制。在疫苗接种方面，像撒哈拉以南非洲地区，35% 的 12 - 23 个月大儿童未能完成推荐的儿童疫苗接种，其中一个重要原因就是医疗记录的不完善。同时，传统的医疗记录方式，如纸质卡片和在线数据库，也存在诸多问题。纸质卡片容易丢失、损坏，在线数据库则面临数据泄露、隐私安全等风险。正是在这样的背景下，为了攻克这些难题，来自麻省理工学院（Massachusetts Institute of Technology）等机构的研究人员展开了深入研究。他们致力于开发一种创新的技术，能够准确地将医疗信息存储在患者皮肤上，同时实现 mRNA 疗法的高效递送，相关研究成果发表在《Nature Materials》上。
研究人员开展的这项研究，核心在于开发一种基于可溶解微针贴片（MNP）的患者医疗记录（OPMR）技术。该技术利用包裹在聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）微粒中的量子点（QD）近红外（NIR）荧光染料，将其通过微针递送至皮肤，从而编码医疗信息。为实现这一目标，研究人员运用了多种关键技术方法。首先是微针设计优化，通过对微针的针尖角度、针间距等参数进行研究，确定了最佳的微针结构，以保证染料的有效传递和信号的持久稳定。其次，采用深度学习技术进行信息的编码和解码，提高了信息存储和读取的准确性和鲁棒性。此外，研究人员还利用猪模型和大鼠模型进行了长期的实验研究，评估该技术的安全性、有效性和可靠性。
在研究结果部分：
- OPMR MNP 材料和结构：研究人员对 NIR 信号编码材料进行了筛选和优化，选用具有特定光致发光特性的 CuInS2/ZnS QDs，并将其封装在 PMMA 微粒中，制备出直径约 10μm 的 QD - PMMA 微粒。通过对比手工和弹簧式施药器，发现后者能实现 100% 的比特转移，且确定了最佳的施药器冲击速度和 holding 压力。同时，研究还表明，15° 的针尖角度和 1mm 的针间距能保证微针在皮肤中的最佳性能，包括 100% 的比特转移、合适的穿透深度和针溶解效果。
- OPMR MNP 有效递送的应用：通过在约克夏猪模型上的实验，研究人员发现 15° 针尖角度的 MNP 组在第 10 周时信号保留率达到 90.5 ± 9.04%，而 30° 组在第 9 周时仅为 75.67 ± 22.12%，表明穿透深度会影响信号保留。综合考虑信号强度和贴片尺寸，最终选择 1mm 针间距和 15° 针尖角度的 10×10 MNP 进行后续研究，其能有效将染料颗粒沉积在真皮层内，深度接近 700μm。
- 用于时间鲁棒编码的纠错码：为应对微针比特信号可能出现的丢失和衰减问题，研究人员采用 Reed - Muller（RM）纠错码进行信息编码。该编码方式在信息位中添加冗余，以抵御数据损坏，确保长期可靠的信息恢复。例如，10×10 的 MNP 配合 RM (1, 6) 码，可生成 128 种不同模式，即使存在 15 个错误位也能准确解码；17×17 的 MNP 配合 RM (2, 8) 码，能编码 1374 亿种不同模式并纠正 31 个错误位，这使得该技术可编码大量不同的医疗信息。
- 用于空间鲁棒解码的深度学习网络：由于荧光染料的空间分布会导致 OPMR 系统易受比特失真影响，研究人员开发了基于深度学习的解码阶段。通过深度学习的图像校正网络和识别网络，能够对采集到的原始图像进行校正和识别，将其转换为二进制数组。整个编码到解码的工作流程完全自动化，无需用户输入或手动阈值操作，提高了系统的准确性和稳定性。
- 猪体内的长期信息数据保存：在活猪模型上进行的纵向分析显示，MNPs 在猪皮肤上应用后，NIR 信号在三个月的监测期内始终可检测，信号保留率在 4 周时为 98.69 ± 1.31%，8 周时为 98.35 ± 1.18%，12 周时为 98.44 ± 1.23%。同时，所有应用的图案化 MNPs 在三个月内均成功解码，即使猪体重增加和表皮细胞更新导致空间变形，也不影响信息的准确读取。这表明 RM ECC 能有效纠正 1 - 2% 的比特丢失，实现准确的信息检索。
- OPMR 系统的生物相容性：体外细胞毒性实验表明，OPMR 染料对细胞生长无明显影响。在猪皮肤上进行的组织病理学评估显示，MNP 应用后仅出现轻微红斑，且在 30 分钟内消失。皮肤切片在不同时间点的检查结果表明，QD - PMMA MNP 组的病变程度与其他对照组相当，且在 70 天时无角化过度和纤维化现象，证明该系统具有良好的生物相容性。
- OPMR 与 SARS - CoV - 2 mRNA 疫苗的共递送：研究人员在大鼠模型中成功展示了 OPMR MNP 与编码 SARS - CoV - 2 受体结合域（RBD）刺突蛋白的 mRNA 疫苗的高效安全共递送。实验结果显示，共递送过程中 OPMR 的图案可解码性不受影响，且 mRNA 疫苗的完整性和免疫原性与对照组相当，证明该技术在共递送有效 mRNA 疗法方面具有可行性。此外，对 OPMR - mRNA MNPs 的保质期研究表明，在室温下储存三个月后应用于大鼠，其荧光素酶表达与新鲜贴片无显著差异，说明该贴片具有良好的储存和应用潜力。
综合来看，这项研究开发的基于微针的 OPMR 技术具有卓越的时空鲁棒性和高达数十亿的编码能力。它不仅能准确存储医疗信息，还可与 mRNA 疫苗共递送，在临床应用方面具有巨大潜力。特别是在紧急情况，如大流行、自然灾害或难民营、军事营地等环境中，该技术可帮助医护人员在缺乏可靠记录的情况下做出合理的后续剂量决策，且不会侵犯患者隐私。然而，为进一步增强 OPMR 的长期可靠性，未来还需研究不同情况下的应用场景，如皮肤色素、毛发或图案重叠对信号的影响，以及 OPMR MNP 在更长时间（如一年）内的稳定性等问题。但无论如何，这项研究成果为全球医疗公平性的实现提供了重要的技术支持，有望推动 mRNA 疗法在更多领域的应用和发展。
